摘要：近年来，三维地质建模技术因其能够精确刻画地质体空间结构、力学特性，逐渐成为地质灾害防控设计的重要工具。本文分析了当前地质灾害防控措施的不足，研究了包括建模路线、数值分析流程以及抗滑桩加固模拟的三维地质建模技术地质灾害防控方法，提出了下滑坡治理的优化设计方案，旨在通过精细化模型与参数优化提升滑坡防控的科学性。

关键词：三维地质建模；地质灾害防控；抗滑桩加固

Research on Geological Disaster Prevention and Control Design Based on 3D Geological Modeling Technology

Abstract:In recent years, 3D geological modeling technology has gradually become an important tool in geological disaster prevention and control design due to its capability to accurately depict the spatial structure and mechanical properties of geological bodies. This paper analyzes the deficiencies in current geological disaster prevention and control measures, studies prevention and control methods based on 3D geological modeling technology, including modeling routes, numerical analysis processes, and anti-slide pile reinforcement simulation, and proposes optimization schemes for landslide prevention under different working conditions. The study aims to enhance the scientific nature of landslide prevention through refined modeling and parameter optimization.
Keywords:3D geological modeling; geological disaster prevention and control; anti-slide pile reinforcement

0 引言：

随着地质灾害频发对工程建设和环境安全的威胁加剧，精准有效的防控技术成为研究重点。传统二维地质分析方法难以满足复杂地质条件下的治理需求，而三维地质建模技术凭借对地质体空间分布、力学特性和动态响应的精确表达，已成为地质灾害防控领域的重要发展方向。本文以泾阳县机制砂库边坡工程为例，结合三维建模技术，研究滑坡稳定性与抗滑桩优化设计，为高精度地质灾害防控提供技术支撑。

1 项目概况

本项目位于陕西省泾阳县白王镇徐家山村，依托冀东发展泾阳建材有限责任公司机制砂库的边坡工程勘察任务展开，地处黄土高原南缘渭河断陷盆地，属典型黄土台塬与冲洪积扇交接带。项目场地边坡为人工开挖形成，长约70米、宽约20米、高约30米，边坡距周边建筑物较近，安全隐患较大。在前期工作中，经过室内土工试验与现场钻探分析，本研究重点采集了边坡地层土体的基本力学参数：重度γ、内摩擦角φ及黏聚力c等指标，试验结果表明：素填土层γ=18.5KN/m³，c=5.4KPa，φ=5.8°；黄土层γ=16.0KN/m³，c=38KPa，φ=26°。为进一步量化边坡失稳模式，本项目采用三维地质建模技术，通过建立精细化的空间结构模型与动态稳定性分析模型，结合开挖前后及地震作用下的稳定性评价，优化抗滑桩加固设计，旨在实现边坡长效安全治理。表1为项目岩土数据汇总表。

表1 项目岩土数据汇总表

2 基于三维地质建模技术的地质灾害防控设计

2.1 三维地质建模技术

2.1.1 三维地质建模路线设计

本项目三维地质建模的路线设计严格遵循现场勘察数据与建模流程的有机结合，以确保地质模型的精确性。图1为三维地质建模路线。在现场初勘阶段，经过工程地质调查、钻探取样和室内土工试验，获取边坡区域的工程地质与水文地质条件，并收集地层岩性、坡面形态及地质构造等基础数据。表2为外业数据采集结果汇总。

表2 外业数据采集结果汇总

数据采集与处理是包括对地层数据与坡面数据的全面整理与校核。基于采集的坡面测量数据与地层钻探资料，建立坡面模型与地层曲面模型。在此过程中，采用插值算法对数据点进行加密，由三维插值技术处理地层的不连续性，保证曲面模型的连续性。利用坡面模型与地层曲面模型使空间叠合技术构建边坡区域的地质体模型^[4]。模型的实化处理需综合考虑地层物性参数、湿陷性土层分布以及潜在滑动面的位置与形态，确保模型能够准确反映边坡的工程地质特性与力学响应。完成地质实体化处理后，结合模型输出的几何特征与工程属性，为数值模拟与治理方案优化提供可靠的输入基础。

2.1.2 三维地质建模数值分析流程设计

本研究设计的数值分析流程如图3所示，三维地质建模技术利用边坡表面曲面与地层曲面数据，结合现场勘探结果，在BIM建模软件中实现地质实体化。地质实体化过程中需对数据进行插值加密与曲面平滑处理。在地质实体化后，需对地质实体进行编辑，保留与边坡失稳机制相关的地质特征，剔除不影响数值分析的无关实体^[5]。通过调整模型网格尺寸与结构参数，使地质模型具有良好的计算适应性，并转换为数值分析模型的标准格式。将基于三维地质建模生成的数值模型导入ABAQUS有限元分析软件，设置与滑坡过程密切相关的土体抗剪强度、湿陷系数等材料参数；边坡顶部加载、坡底支护等边界条件；潜在滑面上的法向与切向力学参数等接触面条件。接下来，本研究划分合理的网格单元，并进行模型的稳定性校核。图2为三维地质建模示意图。最终，经过三维有限元分析对边坡动态稳定性进行量化计算。表3为三维建模计算结果表。在天然工况下，边坡整体处于亚稳定状态，滑动面高应力集中区域主要分布于坡脚附近，塑性区范围沿坡脚向深部发展。在地震作用下，边坡滑动面扩展明显，应力集中区域沿潜在滑面上移，位移场最大值位于坡肩位置，显示出边坡上部结构受地震冲击的显著影响。稳定性安全系数计算表明，天然工况下的边坡安全系数为1.21，地震作用下下降至0.95，需进行加固设计以保证边坡稳定性。

表3 三维建模计算结果表

2.2 抗滑桩加固模拟

本研究首先依据三维地质建模生成的地质实体模型，定义边坡区域的黄土的湿陷性、内摩擦角、黏聚力及孔隙水压力等土体参数。在模型中，抗滑桩作为梁单元（如图4所示）进行建模，其中的12个主动自由度为节点的三个方向位移与绕三个坐标轴的转角。将抗滑桩嵌入边坡模型中，确定桩顶与桩底的约束条件，同时定义桩周土体的接触界面参数，采用库伦摩擦模型描述抗滑桩与土体间的相互作用。接下来，本研究开展参数化数值模拟实验。通过改变抗滑桩的几何参数（桩长、桩径）及力学参数（弹性模量、泊松比），分析桩体刚度对滑坡稳定性因子的影响。同时，以不同的桩间距布置方案为变量，研究抗滑桩分布密度与滑坡体位移场及应力场的变化规律。最后，利用三维有限元分析计算滑坡体的稳定性因子，输出抗滑桩布设条件下的位移分布、剪应力场及塑性区发展情况，结合滑坡失稳模式分析抗滑桩加固效果，为抗滑桩加固设计提供优化建议。

3 结果与讨论

3.1 抗滑桩参数对滑坡稳定性影响分析

针对本项目的地质特性，图5展示了不同桩长条件下滑坡稳定性安全系数的变化规律。实验结果表明，随着抗滑桩锚固深度的增加（桩长从1/7H增加至1/2H，H为边坡高度），边坡安全系数逐步提升，呈现出非线性增长趋势。当桩长达到1/3H及以上时，安全系数趋于稳定，增幅显著减小。图5中显示，桩长由1/7 H增加至1/2 H，安全系数从1.13提高至1.18，表明适宜的锚固深度对于黄土湿陷性边坡的加固效果至关重要。建议优先选用高强度材料，合理控制桩长在1/3H~1/2H范围。

3.2 抗滑桩桩间距对滑坡稳定性影响分析

图6展示了桩间距滑坡稳定系数示意图。本研究经过数值模拟发现，抗滑桩桩间距的增加会导致滑坡稳定性安全系数逐步下降。当桩间距从4 m逐渐增大至8 m时，边坡安全系数从1.25降低至1.15，呈现出明显的负相关趋势。这表明，减小桩间距可显著增强滑坡体的约束力和抗剪能力，改善潜在滑动面上的应力分布。进一步分析显示，当桩间距小于6 m时，安全系数的提升效果最为显著；而当桩间距在6 m-7m之间，桩体对边坡的加固效应逐渐减弱，安全系数的下降速率趋于平缓。建议本项目优选桩间距为6~7 m，以兼顾稳定性提升与工程经济性。

4 结语：

综上所述，本研究通过对泾阳县机制砂库边坡的实例分析，验证了三维地质建模技术在地质灾害防控设计中的应用价值。研究表明，抗滑桩参数与布置优化对滑坡稳定性具有显著影响，合理的模型构建和数值分析可提升防控设计的科学性与可靠性。本研究成果为复杂地质环境中的滑坡治理提供了新思路。

参考文献

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